[发明专利]一种用于风场电池储能系统的虚拟惯量控制方法

说明书

本发明公开了一种用于风场电池储能系统的虚拟惯量控制方法。该方法首先基于电池储能系统的一般控制策略实现对风场输出有功功率波动的平抑；进一步，考虑系统扰动对频率的影响，基于同步发电机转子运动方程，建立提供惯量支撑的电池储能系统虚拟惯量控制模型；最后，根据风场频率波动的相对大小，对虚拟惯量控制模型进行动态修正，得到用于风场电池储能系统的虚拟惯量控制策略。该发明在保证系统可靠性的前提下，充分发挥电池储能系统动态吸收和释放能量的特性，在平抑风场输出功率波动的同时减少系统频率波动，提高系统的安全稳定运行。该控制方法可以作为平抑风场输出波动和提高风场惯性控制的有效参考。

技术领域

本发明涉及一种虚拟惯量控制方法，尤其是涉及一种用于风场电池储能系统的虚拟惯量控制方法。

背景技术

为促进能源与环境的可持续性发展，风能等可再生能源得到了广泛应用。随着电力系统中风电渗透率不断增加，风电发展带来的问题也不断涌现。传统风电机组大都采用传统的最大功率点追踪控制策略且通过低惯性的电力电子设备接入电网，风力发电系统与电网几乎解耦，降低了系统惯性，使风场几乎不响应电网中的频率波动，同时风电固有的随机性、波动性等的特点，这都对电力系统安全稳定运行造成了威胁。

近几年，受传统同步发电机运行的启发，有学者提出了虚拟惯量控制的想法。通过将同步发电机转子运动方程引入系统的控制中，使系统能够模仿同步发电机外特性，提供虚拟惯量支撑。对于风力发电系统而言，一种提供虚拟惯量控制方法是借助风机自身转子，但这种方法一般以牺牲风机出力为代价；除此之外，还可以借助外部设备为风场提供虚拟惯量支撑，例如近几年发展迅速的电池储能。

考虑到电池储能动态吸收和释放能量的特性，若采用集中式配置，将设备安装至风场出口处，可以在不影响风机控制的情况下，为风场提供虚拟惯量支撑，同时平抑风场输出功率波动。为充分利用电池储能系统充放电特性，改善风力发电系统频率响应特性，本发明公开了一种用于风场电池储能系统的虚拟惯量控制方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种用于风场电池储能系统的虚拟惯量控制方法，改善风力发电系统频率响应特性同时平滑风场输出功率。

本发明的技术方案采用如下步骤：

1)基于电池储能系统一般控制策略，实现对风场输出有功功率波动的平抑；

2)考虑系统扰动对频率的影响，基于同步发电机动态运动方程，建立提供惯量支撑的电池储能系统虚拟惯量控制模型；

3)根据风场频率波动的相对大小，对虚拟惯量控制模型进行动态修正，得到用于风场电池储能系统的虚拟惯量控制策略。

上述技术方案中，所述的步骤1)实现平抑风场输出有功功率波动的电池储能系统一般控制策略为：功率外环控制电池输出功率，电流内环控制实现平稳变流。

所述的步骤2)基于同步发电机运动方程，建立提供惯量支撑的电池储能系统虚拟惯量控制模型，具体为：基于同步发电机转子运动方程与同步发电机调频器原理，得到用于电池储能系统的虚拟惯量控制模型；

P_m-P_ref0＝D_p(f₀-f)